Los investigadores estadounidenses identificaron anomalías en el subsuelo y validaron su investigación con datos meteorológicos, ampliando las posibilidades de exploración geológica.
Las tormentas eléctricas generan vibraciones superficiales extremadamente débiles denominadas thunderquakes o "sismos de trueno", provocadas por la energía acústica de las detonaciones atmosféricas. Estas perturbaciones resultan útiles para analizar estructuras ocultas en el subsuelo mediante la detección de sus ondas sísmicas.
El impacto del rayo eleva de manera abrupta la temperatura del aire y desencadena una potente onda expansiva. Al golpear la superficie terrestre, esa vibración penetra en el suelo y causa oscilaciones imperceptibles a simple vista. “El trueno genera ondas acústicas atmosféricas que se acoplan al suelo y producen señales sísmicas”, explicó Tieyuan Zhu, profesor asociado de Geociencias y autor correspondiente de la investigación, en un comunicado de Penn State.
Para registrar dichos impulsos, un equipo liderado por la Universidad Estatal de Pensilvania (Penn State), en Estados Unidos, empleó la infraestructura de telecomunicaciones ya existente. Ese avance, publicado en la revista Science Advances, marca la primera obtención exitosa de imágenes sísmicas basada en este tipo de perturbaciones atmosféricas.
Diagrama de la trayectoria de los rayos sísmicos. Foto: Science Advances
Los expertos implementaron la detección acústica distribuida (DAS) a lo largo de cuatro kilómetros de infraestructura telefónica subterránea en el campus de University Park. Mediante un equipo interrogador, emitieron destellos láser por la red y registraron las variaciones lumínicas provocadas por las deformaciones microscópicas del material. Con ese procedimiento, el filamento operó como un conjunto superior a 2.100 detectores independientes ubicados a corta distancia entre sí.
El sistema almacenó multitud de datos por segundo en cada ubicación, ofreciendo la definición necesaria para analizar cómo la energía viaja de la atmósfera al terreno firme. A lo largo de 30 meses, los científicos catalogaron 458 descargas de gran nitidez y confirmaron su procedencia con bases de datos meteorológicas externas. Según Nolan Roth, autor principal del artículo, ese nivel de detalle hizo posible reconstruir un proceso que no había podido observarse con tanta precisión.
Científicos elaboraron una imagen tomográfica del subsuelo mediante la medición y análisis del cambio de velocidad en ondas de Rayleigh acopladas al aire. A través de aquel método calcularon la estructura de la velocidad de las ondas de corte hasta unos 100 metros de profundidad. El ensayo se realizó en un entorno urbano kárstico de Pensilvania formado por caliza y dolomía, rocas propensas a disolverse con el flujo de agua y originar fracturas o cavidades.
Mapas del área de estudio. Foto: Science Advances
Evento de terremoto y trueno 1620. Foto: Science Advances
El mapa sísmico reveló cuatro zonas con señales lentas, indicando roca fracturada, aire o agua. Dos anomalías coincidieron con sectores donde datos satelitales registraron hundimiento del terreno, hallazgos que los investigadores contrastaron mediante registros de pozos y estudios de ingeniería. La tecnología destaca por su capacidad para complementar los sistemas tradicionales de exploración en ciudades o zonas con baja actividad sísmica. Entre sus principales aplicaciones destacan el análisis de acuíferos, la evaluación de sumideros o deslizamientos, la búsqueda de minerales y el monitoreo de volcanes.
Los resultados de la tomografía subsuperficial muestran el potencial del método. No obstante, el equipo requiere probar la herramienta en diversos ambientes para determinar cómo el tipo de suelo y las tormentas influyen en la resolución alcanzada. “La pregunta para el siguiente paso es: ¿podemos avanzar y pensar en algo más grande?”, planteó Zhu en la publicación institucional de Penn State. Así, científicos detectaron con fibra óptica ondas sísmicas de truenos a 100 metros bajo tierra.
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